O tempo de surgimento de oxidação em placas de circuitos – testes empíricos – Placa VoIP

Publicado em 21 de dezembro de 202012 de fevereiro de 2021 por Agenor Zapparoli

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Após me deparar com muitos casos de celulares e demais equipamentos danificados pela presença de oxidação nas placas de circuitos e, diante da dúvida do tempo necessário para iniciar a oxidação, decidi iniciar uma pesquisa empírica para provar o tempo médio em condições consideradamente normais.

Problemática

É de conhecimento geral que a oxidação em circuitos impressos pode causar danos irreversíveis em componentes eletrônicos, levando o equipamento a perdimento total. Outro fato importante é que a oxidação é considerada um grande balizador na garantia daquele dispositivo, isto é, se um equipamento em garantia se danifica e a assistência técnica identifica oxidação interna, logo presume a presença de umidade no interior deste e condena o equipamento removendo-lhe a garantia.

Muitos equipamentos chegaram às minhas mãos, em perícias judiciais, com oxidação avançada, mesmo tendo o cliente recebido o dispositivo a pouco tempo, como 15 dias por exemplo. Então o intuito deste teste é provar se é possível ou não o aparecimento de oxidação em um período tão curto.

Objetivos

Demonstrar o tempo do surgimento de oxidação em placas de circuitos eletrônicos em dias;
1. Demonstrar o tempo de esverdeamento da oxidação do cobre na placas de circuitos;
Demonstrar, em comparação aos metais das placas de circuitos eletrônicos (principalmente cobre e estanho), o tempo de oxidação do ferro (palha de aço);

Ferramentas

04 potes de plástico com tampa para manter as placas de circuitos em seu interior devidamente umedecidas durante todo processo;
02 placas de circuitos em bom estado de conservação, derivadas de uma placa de Faz Modem e outra de um ATA VoIP Linksys PAP2;
Pinça para movimentação das placas para evitar contato humano e contaminação cruzada;
Água de torneira;
Sal de cozinha;
Palha de aço.

Definições

Maiores informações conceituais estão presentes nos links a seguir:

Conceituação técnica – Medidores de energia

Conceituação técnica – Veículos

Como funcionam as Descargas Atmosféricas – DA (Raios)

Métodos

Não se confundindo com metodologia, a ciência que estuda os métodos, o conceito de método está ligado ao processo utilizado para atingir a verdade sobre um fato analisado. É imprescindível que o método adotado utilize procedimentos técnico-científicos, formais, lógicos, sistematizados e reconhecidos.

O método científico é entendido como o conjunto de processos orientados por uma habilidade crítica e criadora voltada para a descoberta da verdade e para a construção da ciência hoje. A pesquisa constitui seu principal instrumento ou meio de acesso.
(KHALMEYER-MERTENS, 2007, p 15 apud Cervo e Bervian, 2004)

Para a análise do objeto da perícia o intuito foi a aplicação dos métodos científicos indutivo e laboratorial, submetendo as placas a vários testes para identificação do tempo de oxidação. O método laboratorial consiste em analisar o objeto em ambiente controlado, com ferramentas específicas, testando inúmeras variáveis para constatação de fatos que não se tenha observado em pesquisa de campo. O método indutivo consiste em realizar várias análises particulares e, após uma quantidade suficiente, considerar as demais por equivalência. Portanto foram testadas duas placas de circuito impresso, uma porção de palha de aço e dois condutores de cobre, sendo um rígido e outro multifilamento.

Em linhas gerais, o método indutivo é aquele pelo qual uma lei geral é estabelecida a partir da observação e da repetição, isto é, por meio de observações particulares até chegar-se à afirmação de um princípio geral.
(FELIX, 2018)

A pesquisa laboratorial procede a uma investigação mais precisa, no entanto, obtém resultados mais exatos. Para o seu procedimento, é necessário descreve e averiguar o que sucederá em situação controlada. Requer instrumental necessário, específico e ambientes propícios.
(FELIX, 2018, p. 9 apud LAKATOS, MARCONI, 2003)

A pesquisa laboratorial é feita em ambientes preparados e controlados, onde o pesquisador tem o controle das variáveis para encontrar respostas ou testar hipóteses.
(FELIX, 2018, p. 9 apud LAKATOS, MARKONI, 2009)

Fontes:

FELIX, John Hebert da Silva. COMO ESCREVER BEM: PROJETO DE PESQUISA E ARTIGO CIENTÍFICO. 1ª ed. Curitiba: Appris, 2018. 187 p.

KHALMEYER-MERTENS, Roberto S. et al. COMO ELABORAR PROJETOS DE PESQUISAS – Linguagem e método. 1ª ed. Rio de Janeiro: FGV. 2007. 140 p.

Sobre a Placa de Circuitos Eletrônicos ou Impresso

Uma placa de circuitos eletrônicos é uma placa (tábua fina) de madeira, coberta com linhas de cobre, reforçadas ou não com estanho, devidamente perfurada em locais específicos para fixação dos componentes eletrônicos, como resistores, transistores, capacitores, etc. Sua função principal é fixar os componentes que, sem sua existência ficariam soltos em um emaranhado de fios e componentes.

Placa de circuito matriz

Trata-se de uma placa teste, geralmente feita de cobre e perfurada por completo, muito utilizada para desenvolvimento de projetos intermediários, isto é, não é uma placa definitiva, geralmente protótipo. Os engenheiros utilizam essa placa para testar o funcionamento antes de transformá-la em uma placa de circuito impresso.

A Figura 19.3 mostra a construção em placa matriz. Essa técnica de baixo custo evita a necessidade de um circuito impresso, mas, em geral, só é adequada para protótipos únicos. Uma placa matriz consiste em uma placa isolada na qual é perfurada uma matriz de furos com trilhas de cobre dispostas em tiras no lado oposto dessa placa. Os fios dos componentes são inseridos através dos furos e soldados em suas posições.
TOOLEY, Mike (2007)

Placa de circuito impresso

Trata-se de uma placa de circuitos feita geralmente de forma automatizada, por robôs, que são programados para construir o mesmo projeto inúmeras vezes por dia, semana, mês. Geralmente são fabricadas sob demanda, em grande escala e somente depois de aprovada pela engenharia, isto é, que o projeto esteja definitivamente pronto.

A técnica de construção em placa de circuito impresso (Figura 19.4) é ideal para a produção em volume de circuitos eletrônicos em que a velocidade e a capacidade de repetição são importantes.
TOOLEY, Mike (2007)

Como a placa de circuitos é composta de metais vís, isto é, oxidáveis, sempre existe a possibilidade da resultante da oxidação comprometa a comunicação elétrica, eletrônica e de dados. Por este motivo é expressamente importante primeiramente ler o manual do seu equipamento, para identificar se o mesmo é a prova d’água e, do contrário, em qualquer sinal de umidade, encaminhar para assistência técnica imediatamente para limpeza e desoxidação. Em muitos casos, quando uma placa é submetida a líquidos, existe grande chance de evitar a oxidação.

Fonte:

TOOLEY, Mike. CIRCUITOS ELETRÔNICOS: Fundamentos e aplicações. Trad. Luiz Cláudio de Queiroz Faria. Rio de Janeiro: Elsevier. 2007. 480 p.

Teste – oxidação por umidade permanente

Esse teste consiste em submergir uma placa de circuitos impressos (VoIP) em 800mls de água de torneira, para identificar o tempo de surgimento de oxidação. Quando aparecer os primeiros pontos de oxidação, remover o excesso d’água, mantendo somente o necessário para o compartimento continuar úmido (50ml). O intuito dessa manobra é identificar se a oxidação inicia somente em contato com o ar, ou pode ocorrer em circuitos completamente submersos em água. Depois pretende-se analisar o tempo de evolução da oxidação até atingir a coloração azulada, característica do cobre.

Esse teste simula um aparelho eletrônico caindo em um tanque com água, sendo retirado, porém, devido possuir uma carcaça quase hermética, mantém o líquido preso por muito tempo em seu interior.

Início das observações 16/12/2020 às 11:41.

Esse teste iniciou-se no dia 16/12/2020 às 11:41, quando a placa de circuito impresso (VoIP) foi fotografada antes de ser submersa em 800mls de água de torneira. Perceba que a placa é antiga e apresenta muito boa condições visuais, porém nenhum tipo de oxidação, somente corrosão antiga, que será descartada nas análises visuais, pois procura-se o princípio de oxidação, caracterizado pela formação de erupções esbranquiçadas.

No dia 18/12/2020 às 11:45, aproximadamente 48 horas após imersão.

Mesmo porque não pôde observar antes por motivos pessoais, foi percebido os primeiros pontos de surgimento de oxidação, um exatamente nos terminais de conexão do circuito integrado (CI) com a descrição U54V016T00 LF – 41004574-05. Perceba que entre os pinos 5, 6 e 7, contados da direita para esquerda, olhando o CI com as letras em sentido de leitura, surgiram borras que uniram tais pinos, iniciando ai o processo visual de oxidação.

O outro ponto encontrado foi também em um CI, apesar de maior amplitude apresentou menor intensidade, bem próximo ao primeiro, denominado ESS Visba 3 – ES3890F – F146 – ATSBJ04013 – LEAD – FREE. Nesse CI o resíduo atingiu 6 pinos, sendo 3, 4, 5, 6, 7 e 8.

A tendência é que, continuando a umidade, continua-se avançar a oxidação. Nesse instante removemos quase todo o volume d’água mantendo apenas 50mls, somente o bastante para manter o compartimento úmido.

Nesse ponto já podemos chegar à conclusão que a oxidação pode iniciar em até 48 horas, mesmo que a placa de circuitos esteja completamente submersa em água de torneira, não necessitando contato com o “ar”. Perceba pelas fotos que esse CI encontrava-se inteiramente coberto pela linha d’água, mesmo que outros componentes estivessem fora d’água.

No dia 19/12/2020 às 11:47, aproximadamente 62 horas após imersão e 24 horas após emergir,

É possível observar a evolução da oxidação do CI U54V016T00, que subiu de 3 para 4 pinos. Perceba que os pinos afetados agora são o 4, 5, 6 e 7, mesmo não estando em ambiente submerso, porém em ambiente de umidade controlada.

O segundo ponto de oxidação do CI ESS Visba 3 simplesmente aumentou sua intensidade, porém não avançou, mantendo-se nos 6 pinos iniciais.

No dia 20/12/2020 às 15:14, aproximadamente 90 horas da imersão e 52 horas após emergir.

Começaram a surgir vários outros pontos de oxidação pela placa inteira, mesmo não mais estando em contato direto com o líquido, porém em ambiente úmido e hermeticamente fechado.

É possível perceber que houve imenso avanço da oxidação se analisarmos o mesmo CI. Observe que subiram de 4 para 15 pinos com presença de oxidação, são eles o 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 29 e 30. Nesse dia surgirão mais dois pinos que não apresentavam oxidação que são os 29 e 30.

Ainda no CI U54V016T00 vários outros pontos de oxidação emergiram, agora voltando os olhares para o outro lado do mesmo, conforme visto na imagem abaixo.

Em vários pontos dos pinos do CI ESS Visba 3 foram encontrados novos focos de oxidação, bem como em componentes ao seu redor como o C31, no canto inferior direito, e o CI RT9164A, no canto superior direito. Vide imagem abaixo.

Novos focos encontrados também nos CIs 555 1L TC e no LI52, vistos na imagem abaixo, mais ao canto direito.

Pontos de oxidação foram observados também nos componentes C119, C121 e FU1, conforme visto na imagem abaixo.

Na figura abaixo mais um CI RT9164A apresentou esbranquiçamento. Já ao lado superior direito, o capacitor eletrolítico teve seu fundo atingido pelo princípio de ferrugem, que é a oxidação proveniente dos metais ferrosos.

Nesse dia também encontramos cedimentos de oxidação aparentemente ferroso, isto é, ferrugem, depositados nos fundos da vasilha de plástico que mantem o experimente em ambiente hermeticamente fechado. Vide imagem abaixo.

Com esse espalhamento generalizado podemos afirmar que existem grandes chances de que no quarto dia após a umidade, iniciem-se os efeitos cascatas ou dominós de espalhamento da oxidação, atingindo grande parte da placa de circuitos, mesmo sem contato direto com líquido, porém em ambiente úmido.

No dia 21/12/2020 às 10:32, aproximadamente 109 horas da imersão e 71 horas após emergir.

Foi possível observar um fenômeno de desagregação de massa, isto é, a resultante da oxidação que antes estava encharcada e formando pontes entre os terminais do CI, com o tempo começou a secar e perder liga (resistência), provocando desmoronamentos, esfarinhamentos, que resultou na imagem abaixo. Veja que os terminais não estão majoritariamente mais ligados uns aos outros, porém ainda é visível a oxidação sobre os terminais.

No dia 22/12/2020 às 11:36, aproximadamente 132 horas da imersão e 94 horas após emergir.

É perceptível a evolução do processo de esbranquiçamento se espalhando pela placa, mesmo sem contato direto com o líquido, basicamente ocorrendo em ambiente com umidade gasosa, isto é, no ar.